中試反應器放大的研究方法主要有

A. 發酵50l到500l的中試放大怎麼做

如何做好中試放大， 對小試研究的指導 中試放大
1、中試—小型生產模擬試驗品生產申報的一個重要的 基礎內容
2、進行中試的條件
3、中試要實現的目標
4、中試的研究內容
5、新技術/設備的應用給中試放大賦予新的內涵 如何做好中試放大，應注意哪些問題，避免那些問 題
總結
1、中試——小型生產模擬試驗 是從小試過渡到工業生產必不可少的重要環節； 是在模型化的生產設備上（設備的設計要求和操作原 理與生產設備相同）基本完成由小試工藝向生產操作 規程(草案)的過渡； 確保按操作規程（草案）能始終如一地生產出預定質 量標準的產品/中間體。
2、進行中試的條件 產品的合成路線已確定； 小試的工藝考察已完成： 各部反應的工藝過程及工藝參數已確定（如加料方式、 反應時間、反應溫度、壓力、終點控制，提取、分離、 結晶、過濾、乾燥等）； 對成品的精製、結晶、分離、乾燥的方法及要求已確 定（晶型、殘溶）； 小試的3~5批穩定性試驗說明該小試工藝可行、穩定； 必要的材質腐蝕性試驗已經完成； 已建立原料、中間體和產品的質量控制方法/質量標准。 成熟的小試是進行中試/生產的最主要的基礎
3、中試要實現的目標
目的
1、考查小試工藝的工業化生產的可能性，核對、校正和 補充實驗室數據，並優化工藝條件；
2、制定生產工藝規程；為車間設計、施工安裝、中間質 控以及生產管理提供必要的數據和資料。 〇物料和能量衡算，計算產品質量、經濟效益、勞動強 度等
3、解決實驗室階段未能解決或尚未發現的問題；
4、為臨床前的學和理毒理學研究以及臨床試驗提供 一定數量的品。
指導原則（第二稿）對化學原料的中試放大提出了八 項主要任務
1、考核實驗室提供的工藝路線在工藝設備、條件、原材料等 方面在中試放大時是否有特殊的要求，是否適合工業化生 產；
2、確定所用起始原料、試劑或有機溶媒的規格或標准
3、驗證小試工藝是否成熟合理，主要經濟指標是否接近生產 要求；
4、進一步考核和完善工藝條件，對每一步反應和單元操作均 應取得基本穩定的數據；
5、根據中試研究資料制訂或修訂中間體和成品的質量標准、 分析方法；
6、根據原材料、動力消耗和工時等進行初步的技術經濟指標 核算；
7、提出「三廢」的處理方案；
8、提出整個合成路線的工藝流程，各個單元操作的工藝規程。 一般來說，中試所採用的原料、試劑的規格應與工業化生 產時一致。

B. 中試放大的詳細內容

當化學制葯工藝研究的實驗室工藝完成後，即葯品工藝路線經論證確定後，一般都需要經過一個比小型試驗規模放大50~100倍的中試放大，以便進一步研究在一定規模裝置中各部反應條件變化規律，並解決實驗室階段未能解決或尚未發現的問題。
新葯開發中也需要一定數量的樣品，以供應臨床試驗和作為葯品檢驗及留樣觀察之用。根據該葯品劑量大小，療程長短，通常需要2~10kg數量。
中試放大是葯品研發到生產的必由之路,也是降低產業化實施風險的有效措施。文獻報道的葯物的合成工藝多為實驗室工藝，為科研人員的進行科學研究所採用的工藝。在葯物的研發初期申報單位所採用的合成工藝多在文獻工藝的基礎上進行研究，但該工藝在產業化生產時仍需進行很多改進。中試放大是聯結二者的橋梁，可為產業化生產積累必要的經驗和試驗數據，具有重要意義。
確定工藝路線後，每步化學合成反應或生物合成反應不會因小試、中試放大和大型生產條件不同而有明顯變化，但各步最佳工藝條件，則隨試驗規模和設備等外部條件的不同而有可能需要調整。

C. 化工中的「設備選型」和「過程放大」

化工生產的過程，一言以蔽之，就是化學實驗技術在工程中的應用。然而化工生產不是僅僅是化學問題，在化學實驗室的理想條件下，實驗的實施相對容易，可以得到比較理想的指標。實驗室的規模，可以使很多過程在間歇條件下實現。實驗室中的過程通常是在盡可能簡單的條件下進行，並盡可能排除對過程產生不利影響的因素，在所尋求的優化條件下操作，以期得到最好的結果，篩選出最好的催化劑並獲得反應物濃度、流速和反應溫度等要素之間的關系。但是在工業生產中，這些過程比實驗室中進行的同一性質的過程大數萬數十萬倍，並且大型過程多數是連續的，在小型設備中可不予考慮的不均勻性，在大型設備中顯得十分突出並且嚴重影響著生產指標。因此，將實驗室中所獲得的結果在工業規模實施就成了一個完全不同的問題。要將實驗室結果過渡到化工生產，在連續不斷的過程中大規模、動態地完成指定的化學反應及其他物理過程，就必須綜合其它學科和技術，搞清楚並控制住無聊的流動、混合、反應和分離等一系列過程。如果說實驗室化學家的任務是制備催化劑，篩選出最好的催化劑，並通過實驗確定適宜的反應條件，那麼化工項目的開發，即化學實驗原理在工業生產領域的應用，則是化工生產過程工程師的任務。

第二部分：化工項目開發的方法介紹
設備選型
在化學家工作基礎上，過程工程師的任務是選擇最適宜的工業反應器型式或稱選型。選型過程包括對多種因素的綜合考慮。例如，所能達到的指標、設備投資、能耗和操作費用、設備製造和材料、環保和安全性、操作和控制以及人員素質等。

過程放大
所謂放大，是根據所選定的反應器型式，通過實驗或其他可以利用的一切手段，在最短的時間內，用最少的投資，進行設備的放大，供設備工程師選購或製造設備所用。
現代過程工業的標志之一是設備大型化，因為過程工業的效益獲得主要依靠設備的大型化，而不是依靠增加設備數來實現。化學工業屬於過程工業，隨著技術的進步，化學工業規模不斷增大。例如，單套乙烯裝置生產能力從30萬噸/年 提高到45萬噸/年，又提高到60萬噸/年乃至100萬噸/年。又如甲醇，單套裝置的能力從10萬噸/年提高到40萬噸/年，又提高到100萬噸/年乃至200萬噸/年。總之，規模是在不斷擴大的。
長期以來，就化學工業來說，小試驗撐過為什麼不能迅速產業化，就技術而論，對以化學反應為特徵的項目來說，認識放大規律和利用化工放大技術以實現規模生產時關鍵，也是我國與發達國家的重要差距。（換個位置）
為了能真正地面對國際競爭，我們必須重視過程放大，建設大型化化工裝置。
化工過程有下面兩種類型，一是傳遞過程，包括傳動、傳熱和傳質過程，屬於沒有物質組成變化的物理過程；二十化學反應過程那個，屬於有組分變化的化學過程。這些過程是在設備中實現的，所以過程放大就是設備能力的放大。

過程放大一般經歷的階段
（1） 實驗室研究階段；
（2） 小量試制階段；
（3） 按預定工藝規模進行概念設計；
（4） 中試，著重解決概念設計中遇到的問題；
（5） 編制工藝軟體包；
（6） 按要求的規模進行工程設計；
（7） 工業裝置的建設和投產。
過程放大的方法
1.全流程逐級放大
一種最為傳統的方法是通過從小型試驗、稍大規模的試驗、中間試驗、擴大中間試驗，逐級地實現大型工業生產。這種通過多個試驗層次的逐級放大過程必然是耗時費資的。在過程工業發展的早期，經驗放大幾乎成了唯一的方法。過程開發技術發展到今天，純經驗放大顯然不大可取了，但對於一些過於復雜的、人們認識甚少的過程，有時還不得不求助於
經驗放大。
2.數學模擬法放大
建立數學模型(一組數學方程)對過程進行描述，並通過不同規模的實驗以確定模型的參數，然後通過計算機模擬過程大型化後的各種行為，以確定放大的准則。這種放大從理論上是合理的，然而事實表明，單純地用數學模擬法放大的成功例子不多，其原因是：
(1)由於實際過程通常極為復雜，而人們對它們
的認識往往還不夠系統和全面，因而為數學模型的
建立帶來困難；
(2)即使對復雜的實際過程已完全了解，數學模型的建立必須作出不少簡化假定，因而為了便於描述，很可能得到了過度簡化的模型；
(3)實驗測定的模型參數的可靠性往往受實驗手段的限制和實驗過程中噪音的干擾，因此模型參數存在或多或少的不確定性。
由於數學模擬法放大隻能適用於人們對過程的認識已相當透徹，參數的測定相當可靠的場合。隨著人們認識水平、測試手段和計算機應用水平的提高，數學模型與計算機相結合，建立全流程的數學模型進行放大，不乏有成功的例子，如低壓法甲醇就是一例。誠然，利用數學模型仍需做一些輔助實驗作為補充和驗證，但採用數學模擬放大是過程放大最省時省錢的有效方法。

過程放大應注意的問題
1. 必須保證設備放大後經濟上的合理性和各項指標的先進性及系統調優
設備放大以後還必須保證經濟上的合理性和各項指標的先進性。往往放大之後，有一些指標趨於合理，如能耗一般可以降低。但另一些指標，由於在大型化以後，如反應產物的收率往往有所降低，溫度等操作條件不易控制，這就是通常所說的「放大效應」。放大效應被認為是一種弊端。我們的一個重要任務就是盡可能使這些指標在過程放大後仍然保持一個較高水平。另一個現實是，一個實際過程，通常不能處在最優的操作狀態下。這是因為過程的復雜性和人們的認識能力限制所決定的，何況過程的一些參數會隨時間變化。
上述僅就單個設備而言，因為過程是由多套設備組成完整的流程，即是一個系統。從這個意義上講，過程放大應該是系統放大，系統中單個設備的放大並不等於系統放大，因此必須要系統優化。所以，完整的過程放大應包括設備放大與系統調優。
2. 中試規模的確定
為什麼要進行中試?需要驗證小試規律，但更重要的是解決大生產裝置可能遇到的問題，那麼大生產裝置可能會遇到什麼問題?對於一個新產品，尚未工業化是無法回答的，為了盡可能預知可能遇到的問題，就是先搞一個概念設計，概念設計的規模應是預想的工業裝置規模，在進行概念設計的過程中，可以套用現有的過程經驗和消化公開發表的文獻資料，但在假想的工業規模設計過程中，仍會碰到許多問題(如數據、材質、控制方法、反應終點控制、物料平衡等)，這些問題妨礙概念設計進一步深入進行，恰恰就是這些問題要在中試中解決。為了解決或搞清這些問題，可能要求中試必須達到一定的規模，這就是中試規模確定的依據和中試設計應達到解決這些問題的途徑。
3. 要把工程試驗數據的獲得作為中試的目標之一
許多開發項目不重視基礎數據的開發，將會影響工業裝置的運行，一個實際例子是某裝置建成後，反應釜中物料不進行反應，而反應條件、原材料均符合實驗室要求，影響工期達半年。經多次試驗比較才查明，攪拌器使用了銅軸瓦，銅離子會阻止反應進行，但這一點，在小試時並未作為相關數據提出，以致設計時沒有注意到這一點而影響生產。又如結晶的條件，影響晶粒大小的條件因素是什麼，如果能做好相關數據對放大是大有益處的。又如多元組分的氣液平衡數據，往往查不到，必須要對反應的全組分進行測定才能獲得。又如反應終點的測定和控制等等，這些均是小試不可能做的，而中試是必須要做的。

4. 材質試驗
材質的耐腐蝕試驗是中試的主要任務，關於這一點，相信大部分可在耐腐蝕手冊及供應商獲得足夠信息。除此之外，還應特別注意少量離子的存在，對腐蝕的作用，如金屬離子的影響、鹵素的影響、熱應力、腐蝕應力等，應測定或做掛片試驗，特別要注意「實際」介質，而不是純介質。如醋酸介質的腐蝕性在有關的手冊上也能查到，但醋酸中含有微量的鹵素，到底有多大的腐蝕性，沒有現成的資料，必須對實際介質進行研究。

5. 注意關鍵設備的選型
一一般的泵、風機、壓縮機的放大不應存在大的問題，精餾、分離的放大，目前也可解決。但反應器是中試要解決的重點，反應器採用何種型式為好，對傳熱、反應溫度控制、催化劑壽命、中毒、再生，通過中試要搞清，為放大設計提供依據。另外特殊的如乾燥型式，特別是漿料，應由試驗選定設備。又如過濾，看似簡單而實際不同物料的過濾機型式選擇，濾布選擇，也應由試驗確定，避免工程返工。

6．對原材料中間產品及成品的研究
一般實驗室階段只用試劑級產品作原料，中試盡可能採用工業級產品作原料，其少量雜質對產品質量有無作用，是什麼影響，採用什麼方法進行預處理，這些問題要在中試中搞清楚。有些可能要脫水，有些可能要預蒸餾。小試數量少，有些雜質不一定分離出，中試數量多了，盡可能作全分析，把中間體、成品、殘渣的組成、成分搞清楚，有利於做物料平衡及對全過程作通盤分析。

7．安全、生產、環保
應收集全部原料中間體及成品的MSDS，對其物料化學特性、毒性全面了解，並採取相應的防護及消防，安全措施。
對排出物、廢渣、廢液、廢水的成分及處理方式作認真研究，以指導工程設計進行。
8. 注意放大過程中，研究人員與工程設計人員的密切配合
因為研究人員主要是在機理上理論上研究較多，工程設計人員會更多考慮工藝布置系統放大等問題。發揮各自特長，有利於工作順利進行。

總結：
總之，化工過程的放大是新產品開發過程中的必由之路，是科研轉化為生產力的畢竟途徑。這個環節處理好了，就能加速實現新產品的工業化。過程放大過程中，不能停留在拿出產品，打通流程；也不僅追求設備和單元過程的優化，而是最終追求全系統的優化。
實驗室階段的小試是探索性的，著重研究機理、可行性、物性數據、查(測定)找出工藝路線。這是以研究人員為主，工程人員參加，在小試的基礎上，進行目標規模的概念設計，從中找出中試(放大)需要解決的問題，用於指導中試裝置的設計。概念設計可由研究人員完成，也可由工程人員完成，當然兩者結合共同進行更好。中試裝置規模和流程的確定，應能滿足概念設計的需要，期間必須做到工程人員和研究人員的密切配合。中試應該是全流程的，否則達不到要求。由於可以借鑒現成有效單元過程和進行計算機模擬，並不機械地要求全流程，避免低水平的重復，集中精力解決難題。在中試完成的基礎上完成軟體包的編制、基礎設計，然後進行工程設計。當然在上述每一階段均要做技術經濟分析，以判斷項目的前景，可行性。

D. 如何做好中試放大，對小試研究的指導

如何做好中試放大， 對小試研究的指導 中試放大
1、中試—小型生產模擬試驗葯品生產申報的一個重要的 基礎內容
2、進行中試的條件
3、中試要實現的目標
4、中試的研究內容
5、新技術/設備的應用給中試放大賦予新的內涵 如何做好中試放大，應注意哪些問題，避免那些問 題
總結
1、中試——小型生產模擬試驗 是從小試過渡到工業生產必不可少的重要環節； 是在模型化的生產設備上（設備的設計要求和操作原 理與生產設備相同）基本完成由小試工藝向生產操作 規程(草案)的過渡； 確保按操作規程（草案）能始終如一地生產出預定質 量標準的產品/中間體。
2、進行中試的條件 產品的合成路線已確定； 小試的工藝考察已完成： 各部反應的工藝過程及工藝參數已確定（如加料方式、 反應時間、反應溫度、壓力、終點控制，提取、分離、 結晶、過濾、乾燥等）； 對成品的精製、結晶、分離、乾燥的方法及要求已確 定（晶型、殘溶）； 小試的3~5批穩定性試驗說明該小試工藝可行、穩定； 必要的材質腐蝕性試驗已經完成； 已建立原料、中間體和產品的質量控制方法/質量標准。 成熟的小試是進行中試/生產的最主要的基礎
3、中試要實現的目標
目的
1、考查小試工藝的工業化生產的可能性，核對、校正和 補充實驗室數據，並優化工藝條件；
2、制定生產工藝規程；為車間設計、施工安裝、中間質 控以及生產管理提供必要的數據和資料。 〇物料和能量衡算，計算產品質量、經濟效益、勞動強 度等
3、解決實驗室階段未能解決或尚未發現的問題；
4、為臨床前的葯學和葯理毒理學研究以及臨床試驗提供 一定數量的葯品。
指導原則（第二稿）對化學原料葯的中試放大提出了八 項主要任務
1、考核實驗室提供的工藝路線在工藝設備、條件、原材料等 方面在中試放大時是否有特殊的要求，是否適合工業化生 產；
2、確定所用起始原料、試劑或有機溶媒的規格或標准
3、驗證小試工藝是否成熟合理，主要經濟指標是否接近生產 要求；
4、進一步考核和完善工藝條件，對每一步反應和單元操作均 應取得基本穩定的數據；
5、根據中試研究資料制訂或修訂中間體和成品的質量標准、 分析方法；
6、根據原材料、動力消耗和工時等進行初步的技術經濟指標 核算；
7、提出「三廢」的處理方案；
8、提出整個合成路線的工藝流程，各個單元操作的工藝規程。 一般來說，中試所採用的原料、試劑的規格應與工業化生 產時一致。

E. 什麼物質和5'AMP混合難於萃取分離但通過多次萃取又能分離

現代生物制葯工藝學上課講義（2）

第二章 生物制葯工藝技術基礎
第一節 生物材料與生物活性物質
一、生物材料的來源
供生產生物葯物的生物資源主要有動物、植物、微生物的組織、器官、細胞與代謝產物。應用動植物細胞培養與微生物發酵技術也是獲得生物制葯原料的重要途徑。基因工程技術與細胞工程技術和酶工程技術更是開發生物制葯資源的新途徑。
（一）動物臟器
（1）胰臟 （激素、酶、多肽、核酸、多糖、氨基酸等）
（2）腦 （腦磷脂、肌醇磷脂、神經磷脂、神經肽等）

（3）胃粘膜（胃蛋白酶、膠原蛋白酶、胃泌素、胃膜素）
（4）肝臟（維生素、磷脂類、膽固醇）
（5）脾臟（免疫器官）
（6）小腸（糖蛋白、核苷酸酶、溶菌酶、胃腸道激素）
（7）腦垂體（各種激素）
（8) 心臟（細胞色素C、輔酶Q10）
其它等
（二）血液、分泌物和其它代謝物
血液製品：人血制劑、抗凝血酶Ⅲ，凝血因子Ⅷ，纖維蛋白原，免疫球蛋白、人血漿、干擾素、白介素等。
尿液、膽汁、蛇毒、蜂毒也是重要的生物材料，尿激酶，表皮生長因子、HCG

（三）海洋生物
（1）海藻
（2）腔腸動物 海葵毒素
（3）節肢動物 甲殼素
（4) 軟體動物 多糖、多肽、毒素
（5）棘皮動物 海星、海膽、海參 海參素抗癌
（6）魚類 魚油、多種激素、毒素，硫酸軟骨素
（7）爬行動物 龜 滋陰養腎 抗腫瘤
（8）海洋哺乳動物 鯨魚魚肝油
（四）植物
生物鹼、強心甙、黃酮、皂甙、揮發油、樹脂、鞣質等。

（五）微生物
1.細菌
常用細菌發酵法生產乳酸、醋酸、丙酮、丁醇。主要有：
（1）氨基酸
利用微生物酶可轉化對應的α酮酸或羥基酸作用產生氨基酸。
（2）有機酸 檸檬酸、蘋果酸、乳酸
（3）糖類 利用細菌可製取葡聚糖、聚果糖、聚甘露糖、脂多糖。
（4）核苷酸類 用細菌可生產5『－AMP，5』－肌苷酸
（5）維生素 VB1,VB2，VB6, Vc
（6）酶 澱粉酶、蛋白酶、脂肪酶、彈性蛋白酶

2.放線菌
放線菌是最重要的抗生素產生菌，已有1000多種抗生素約2/3產自放線菌。
（1）氨基酸 發酵法
（2）核苷酸 5-脫氧肌苷酸
（3）維生素
（4) 酶
3.真菌
（1)酶
（2）有機酸
（3）氨基酸
（4）核酸及有關物質
（5）維生素
（6)促生素
（7）多糖

4.酵母菌
（1）維生素
（2）蛋白質與多肽
（3）核酸

（六）開發生物新資源
（1）動植物細胞的大規模培養
（2）應用基因工程技術建立工程菌或工程細胞

二、生物活性物質的存在方式
（一）生物活性物質的存在方式與其生物功能
根據生物活性物質的生物功能推斷其存在部分和分布方式。生物活性物質分為胞內與胞外兩種存在部位。
（二）生物分子間的作用力

三、生物活性物質的存在特點
（一）生物材料組成的復雜性
（二）生物活性物質存在地特點
生物活性物質在生物材料中含量較低，雜質含量很高，而且生理活性愈高，含量愈低。
生物材料中的生化組成數量大，種類多，分離純化比較困難。

四、生物材料的准備
生物材料的製造主要包括以下工藝過程：
1)生物材料的選取與預處理；
2)從生物材料中提取有效活性物質；
3)有效成分的分離，純化
4)後處理及制劑

（一）生物材料的選取
1.有效成分的含量
（1）生物品種
根據目的物的分布，選擇富含有效成分的生物品種是選材的關鍵。（催乳素，哺乳動物）

（2）合適的組織器官 （胃蛋白酶，胃）
（3）生物的生長期
生物的生長期對生理活性物質含量影響很大。
2.雜質情況
難於分離的雜質會增加工藝的復雜性，嚴重影響收率、質量和經濟效益。
3.來源
應選用來源豐富的材料，盡量不與其他產品爭原料，最好能一物多用，綜合利用。
胰臟 制備彈性蛋白酶和激肽釋放酶，胰島素與胰酶等。

（二）生物材料的採集與保存
生理活性物質易失活與降解，採集時必須保持材料的新鮮。防止腐敗、變質與微生物污染。如胰臟採摘後要立即速凍，防止胰島素活力下降。
保存生物材料的主要方法有速凍、凍干、有機溶劑脫水，製成丙酮粉，或浸存於丙酮與甘油中等。
（三）動物細胞的培養與保存
（四）微生物菌種的選育與保存
1.菌種的分離
微生物種類繁多，易於培養，是工業化生產各種生物葯物的主要材料。
（1）含菌樣品的收集
根據微生物的生態特點，從自然界取樣，分離所需要菌種，如到堆積和腐爛纖維素的地方去取樣分離纖維素酶產生菌。

到溫泉附近取樣分離高溫蛋白酶產生菌。
一般可以從土壤中分離所需微生物，取樣時先將表土颳去2~3cm，在同一條件下選好2~5點土樣混在一起包好，表明采樣地點及日期備用。
（2）富集培養
收集到的樣品若含所需要的菌較多，可直接分離。如含所需要的菌很少，就需要經過富集培養，使所需要的菌大量生長，以利於篩選。再配合控制溫度，pH或營養成分即可達到目的。有時用能分解的底物作為生長和誘導產生所須成分的培養基成分，以使所需要的菌種得到快速生長，有利於進一步分離。
（3）菌種純化
在自然條件下，各種類型的菌混雜在一起生活，所以要進行分離，以獲得純種。菌種純化的方法一般採用稀釋分離或劃線分離法。

2.菌種的篩選
（1）篩選對象的選擇
篩選前，先要考慮哪些微生物是篩選的對象。如有報道，則根據文獻收集可能性最大的的微生物進行篩選。
（2）培養方式的確定
微生物的培養方式，有固體培養與液體培養。
3.菌株的選育
從自然界直接分離得到的菌種，都不能立即適應實際生產需要。只有通過誘變，選育才能使產量成倍，成百倍地提高。選育方法基本上可以分成兩類：隨機選擇突變體；根據代謝的調節機制選擇各種突變體。
（1）隨機選擇法
一般程序是採用誘變劑誘變處理微生物，增殖培養，經過稀釋塗布，隨機選擇部分或全部單菌落，逐個測定它們的生物活性。最後挑選出產量或其它性能比親代菌株優秀的突變株。
（2）根據代謝的調節機理選擇高產突變體
根據代謝的調節機理選擇高產突變體。(抗性基因)
4.菌種的保藏
（1）菌種的退化與防止
生產菌種本來在自然環境下生長，所以在人工培養條件下，任何菌株通過一系列的轉接傳代都可能發生退化。
退化—一般把菌株的生活力，產孢子能力的衰退和特殊產物產量的下降，成為退化。
菌種退化現象：①單位容積中發酵液的活性物質含量；②瓊脂平皿上的單菌落形態；③不同培養時期菌體細胞的形態和主要遺傳特徵。如形成孢子能力；④發酵過程pH變動情況；⑤發酵液的氣味、色澤。

菌種退化防止措施：①防止基因突變，基因突變是菌種退化的一個主要原因，低溫保藏法可以減少突變得產生。②採用雙重缺陷型 採用雙營養缺陷標志可間接而有效地防止突變。③制定科學管理制度 製作平行菌種斜面；④分離單菌落；認真進行單菌落分離工作，再多做平行的菌種斜面；⑤選擇培養條件 選擇有利於高產菌株而不利於低產菌株的培養條件。
（2）常用的菌種保藏方法
斜面保存法—將菌種轉接到新鮮的瓊脂斜面上，待生長良好後，於4℃保存。根據具體情況，間隔一定時間後轉接。
礦油法—在菌種斜面上覆蓋礦物油以隔絕空氣防止蒸發。
索氏法—將小試管斜面的菌種放在大試管內，大試管內裝幾粒氫氧化鉀，管口加橡皮套，然後用石蠟包封。

干硅膠法—試管內裝硅膠約半滿，180℃加熱滅菌1.5小時，置密封乾燥器內冷卻，接種菌液約1ml，塞好棉花，放入預置有色硅膠的大瓶中，蠟封瓶口，於低溫處保存。
砂土管法—取普通黃沙，洗凈過60目篩，曬干，另取普通圓土研碎，過篩，曬干。兩者以6:4混合。分裝於安醅瓶或小試管中，然後在60℃乾熱滅菌2小時，連續滅菌三次後即可使用。裝管時可吸取少許孢子懸浮液加入，待乾燥後抽真空封口或用棉花塞緊後蠟封，低溫保藏。
冷凍乾燥法：將菌種懸浮於脫脂消毒牛奶中，快速冷凍，真空乾燥。
甘油冷凍保存法：將對數期菌體懸浮於新鮮培養基中，加入15%消毒甘油，混勻速凍，凍存於－70~－80℃.

（五）組織與細胞的破碎
組織與細胞的破碎方法有物理法、化學法與生物法。
1.物理法
（1）磨切法
工業上常用的有絞肉機，刨胰機，球磨機、磨粉機。實驗室常用的有勻漿機，研缽，高速組織搗碎機。
（2）壓力法
有壓榨法、高壓法和減壓法，滲透壓法。
（3）超聲波法
（4）反復凍融法
2.化學法
用稀酸、稀鹼、濃鹽、有機溶劑或表面活性劑處理細胞，可破壞細胞結構釋放出內容物。

3.生物法
（1）組織自溶法
利用組織中自身溶解酶的作用改變、破壞細胞結構，釋放出目的物稱為組織自溶法。
(2) 酶解法
用外來酶處理生物材料，如用溶菌酶處理某些細菌，蝸牛酶等
（3）噬菌體法
用噬菌體感染細胞、裂解細胞，釋放出內容物。
（六）細胞器的分離
為獲得結合在細胞器上的一些生化成分或酶系，常常要先得到細胞器再進一步分離有效成分。方法是勻漿破碎細胞，差速離心。

第二節 生物活性物質的提取
提取是利用制備目的物的溶解特性，將目的物與細胞的固形物成分或其它結合成分分離，使其由固相轉入液相或從細胞生理狀態轉入特定溶液環境的過程。
一、物質性質與提取
（一）物質的性質與提取方法的選擇
要取得好的提取效果，最重要的是要針對生物材料和目的物的性質選擇合適的溶劑系統與提取條件。
生物材料及其目的物與提取有關的一些性狀包括溶解性質、分子量、等電點、存在方式、穩定性、比重、粒度、粘度，目的物含量，主要雜質種類及溶解性質，有關酶的特徵等。其中最主要的是目的物與主要雜質在溶解度方面的差異以及它們的穩定性。操作者可根據文獻資料及本人的試驗摸索獲得的有關信息，在提取過程中增加目的物的溶出度，盡可能減少雜質的溶出度。

（二）活性物質的保護措施
（1）採用緩沖鹽系統
在生物葯物制備中，常用的緩沖鹽有磷酸緩沖鹽，檸檬酸緩沖鹽，Tris緩沖液，醋酸緩沖鹽，碳酸緩沖鹽，硼酸緩沖鹽和巴比妥緩沖鹽等。
（2）添加保護劑
防止某些生理活性物質的活性基團及酶的活性中心受到破壞，如巰基是許多活性蛋白質和酶催化活性基團，極易被氧化，故提取時，常添加某些還原劑如半胱氨酸，－巰基乙醇。對易受重金屬影響的，可添加EDTA。
（3）抑制水解酶的作用

二、物質的性質與溶解度
（一）物質溶解度的一般規律
相似相溶
（二）水在生化物質提取中的作用
水是提取生化物質的常用溶劑。水分子的存在可使其它生物分子之間的氫鍵減弱，而與水分子形成氫鍵，水分子還能使溶質分子的離子鍵解離，這就是所謂的水合作用。水合作用促使蛋白質、核酸、多糖等生物大分子與水形成了水合分子或水合離子從而促使它們溶解於水或水溶液中。
三、提取效率

（4）其它保護措施（冷、熱、酸、鹼）

四、影響提取的因素
（一）溫度
多數物質的溶解度隨提取溫度的升高而增加。另外較高的溫度可以降低物料的粘度，有利於分子擴散和機械攪拌，所以對耐熱成分的提取可以用加熱的方法。對不耐熱的生物活性物質的提取，一般在0~10℃進行提取。
(二)酸鹼度
多數生化物質在中性條件下較穩定，pH值一般應控制在4～9范圍內，為了增加目的物的溶解度，往往要避免目的物的等電點附近進行提取。
巧妙地選擇溶劑系統的pH值不但直接影響目的物與雜質溶解度，還可以抑制有害酶類的水解破壞作用，防止降解，提高收率。

（三）鹽濃度
鹽溶作用
鹽析作用

五、提取方法
（一）用酸、鹼、鹽水溶液提取
（二）表面活性劑提取
表面活性劑分子兼有親水與疏水基團，分布於油水界面時，有分散、乳化和增溶作用。表面活性劑分陰離子型、陽離子型與非離子型。離子型表面活性劑作用強，但是易引起蛋白質等生物大分子的變性，非離子表面活性劑變性作用小，適合於用水、鹽系統無法提取的提取的蛋白質或酶的提取。

（三）有機溶劑提取
1.固－液提取
丙酮從動物腦中提取膽固醇，
溶劑分級提取：如先用丙酮，再用乙醇，最後用乙醚提取。石油醚，氯仿，乙酸乙酯，正丁醇，甲醇。
丙酮粉
2.液－液萃取
液－液萃取是利用溶質在兩個互不混溶的溶劑中溶解度的差異，將溶質從一個溶劑相向另一個溶劑相轉移的操作。分配系數和溶劑用量
溶劑萃取的注意事項：
（1）pH
在萃取操作中正確選擇pH值很重要。因為在水溶液中某些酸、鹼物質會解離，在萃取時改變了分配系數，直接影響提取效率。

（2）鹽析
加入中性鹽如硫酸銨，氯化鈉等可以使一些生化物質的溶解度減少，這種現象成為鹽析。在提取液中加入中性鹽，可以促使生化物質轉入有機相從而提高萃取率。
（3）溫度
一般在室溫下或低溫下進行萃取操作。
（4）乳化
在液液萃取時，常發生乳化作用，使有機溶劑與水相分層困難。去乳化的常用方法有：過濾與離心，輕輕攪動，改變兩相的比例；加熱，加電解質，加吸附劑。
液液萃取時溶劑的選擇：
（1）選用的溶劑必須具有較高的選擇性，各種溶質在所選的溶劑之間分配系數差異愈大愈好。
（2）選用的溶劑，在萃取後，溶質與溶劑要容易分離與回收。

(3)兩種溶劑的密度相差不大時容易形成乳化，不利於萃取液的分離。
（4）要選用無毒，不易燃燒的價廉易的溶劑。
第三節 生物活性物質的濃縮與乾燥
一、生物活性物質的濃縮
（一）鹽析濃縮
硫酸銨沉澱蛋白質
（二）有機溶劑沉澱濃縮
在生物大分子的水溶液中，逐漸加入乙醇，丙酮等有機溶劑，可以使生化物質的溶解度明顯降低，從溶液中沉澱出來。
（三）用葡聚糖凝膠（Sephadex）濃縮
（四）用聚乙二醇透析濃縮

（五）超濾濃縮
（六）真空減壓濃縮與薄膜濃縮
真空減壓濃縮在葯物生產中使用較為普遍，具有生產規模較大，蒸發溫度較低，蒸發速度較快等優點。
薄膜濃縮器的加速蒸發的原理是增加汽化表面積。使液體形成薄膜而蒸發，成膜的液體具有較大的表面積，熱傳播快而均勻，沒有液體靜壓的影響，能較好地防止物料的過熱現象。
二、乾燥
乾燥的目的：提高葯物或葯劑的穩定性，以利於保存和運輸；達到規格標准；便於進一步處理。
表面水，毛細管中的水，細胞內的水

（一）減壓乾燥
（二）噴霧乾燥
（三）冷凍乾燥
第四節 生化物質的分離純化方法
一、生物制葯中分離制備方法的特點
生物制葯中分離、制備方法有以下特點：
（1）生物材料組成非常復雜。一種生物材料常含成千上萬成分，各種化合物的形狀、大小、分子量和理化性質都各不相同。沒有固定操作方法。
（2）有些化合物在生物材料中含量極微，只達萬分之一，甚至百萬分之一。因此，分離操作步驟多，不易獲得高收率。
（3）生物活性物質離開生物體後，易變性，破壞，分離進程必須十分小心的保護這些化合物的生理活性。（難點）

（4）生物制葯的分離方法幾乎都在溶液中進行，各種參數（溫度，pH，離子強度）對溶液中各種組分的綜合影響常常無法固定，以致許多實驗設計理論性不強。
（5）為了保護目的物的生理活性及結構上的完整性，生物制葯中的分離方法多採用溫和的逐級分離方法。親和層析分離具有分離的專一性，高效性。
（6）生物產品最後均一性的證明與化學純度的概念不完全相同，因生物分子對環境反應十分敏感，結構與功能關系比較復雜。
二、生物制葯中分離制備方法的基本原理
生物大分子分離純化的主要原因：
（1）根據分子形狀和大小不同進行分離。如差速離心與超離心、膜分離（透析，電滲析）與超濾，凝膠過濾法。
（2）根據分子電離性質的差異性進行分離。如離子交換法，電泳法，等電聚焦法。

（3）根據分子極性大小及溶解度不同進行分離。如溶劑提取法，逆流分配法，分配層析法，鹽析法，等電點沉澱法，及有機溶劑分級沉澱法。
（4）根據物質吸附性質的不同進行分離。如選擇性吸附法與吸附層析法。
（5）根據配體特異性進行分離—親和層析法。
三、分離純化的基本程序和實驗設計
生物體內某一組分，特別是未知結構的組分的分離制備設計大致上分為五個基本階段。
（1）確定製備物的研究目的及建立相應的分析鑒定方法。
（2）制備物理化性質穩定性的預備試驗。
（3）材料處理及抽提方法的選擇。
（4）分離純化方法的摸索。
（5）產物均一性測定。

提取是分離純化目的物的第一步，所選的溶劑應對目的物具有最大的溶解度，並盡量減少雜質進入提取液。
分離純化是生化制備的核心操作。分離策略：
1.分離純化早期使用方法的選擇
分離純化的早期，由於提取液中的成分復雜，目的物濃度較稀，與目的物理化性質相似的雜質多，所以不宜選擇分辨能力較高的純化方法。早期分離純化用萃取，沉澱，吸附等一些分辨力低的方法較為有利，這些方法負荷能力大，分離量多兼有分離提純和濃縮的作用，為進一步分離純化創造良好的基礎。
一個特異性方法的分辨力愈高，便意味著提純步驟愈簡化，收率愈高。
2.各種分離純化方法的使用程序

生化物質的分離都是在液相中進行，故分離方法主要依據物質的分配系數，分子量大小，離子電荷性質及數量和外加環境條件的差別等因素為基礎。而每一種方法又都是在特定條件下發揮作用。因此，在相同或相似條件下連續使用同一種分離方法就不太適宜。
在安排純化方法順序時，還要考慮到有利於減少工序，提高效率。（鹽析－吸附，吸附－鹽析）
對於一未知物通過各種方法的交叉應用，有助於進一步了解目的物的性質。
3.分離後期的保護性措施
在分離操作的後期必須注意避免產品的損失，主要損失途徑是器皿的吸附，操作過程樣品液體的殘留，空氣氧化和某些事先無法了解的因素。

四、分離純化方法步驟優劣的綜合評價
每一個分離純化步驟的好壞，除了從分辨能力和重現性兩方面考慮，還要注意方法本身的回收率，特別是制備某些含量很少的物質時，回收率的高低十分重要。
對每一步驟方法的優劣，體現在所得產品重量與活性平衡關繫上。例如酶的分離純化，每一步驟產物重量與活性關系，通過測定酶的比活力及溶液中蛋白質濃度的比例。
五、制備物均一性的鑒定
均一性是指所獲得的制備物只有一種完全相同的成分。（純度鑒定）
生物分子純度的鑒定方法很多，常用的有溶解度法、化學組成分析法，電泳法，免疫學方法，離心沉降分析法，各種色譜法，生物功能測定法，以及質譜法。

第五節 生物制葯中試放大工藝設計
一、生物制葯中試放大工藝特點
中試放大是由小試轉入工業化生產的過渡性研究工作，對小試工藝能否成功地進入規模生產至關重要。這些研究工作都是圍繞如何提高收率，改進操作，提高質量，形成批量生產等方面進行。中試放大，驗證實驗室工藝路線的可行性以及在實驗室階段難以解決或尚未發現的問題。
在考查工藝條件的研究階段中，必須注意和解決：
（1）原輔材料規格的過渡試驗
在小試時，一般採用的原輔材料（如原料，試劑，溶劑，純化載體）規格較高，目的是為了排除原料中所含雜質的不良影響，從而保證實驗結果的准確性。但是當工藝路線確定之後，在進一步考察工藝條件時，應盡量改用大規模生產時容易得到的原輔材料。過渡試驗

2.設備選型與材質質量試驗
在小試階段，大部分實驗是在小型玻璃儀器中進行，但在工業生產中，物料要接觸到各種設備材料，如微生物發酵罐，細胞培養罐，固定化生物反應器，多種層析材料以及產品後處理的過濾濃縮、結晶、乾燥設備等。
3.反應條件限度試驗
反應條件限度試驗可以找到最適宜的工藝條件（如培養基種類，反應溫度，壓力，pH等），一般均有一個許可范圍。有些反應對工藝條件要求很嚴，超過一定限度後，就會造成重大損失。進行工藝條件限度試驗，全面掌握反應規律。
4.原輔材料、中間體及產品質量分析方法研究
5.下游工藝的研究
盡量簡化下游工藝操作，採用新工藝，新技術，新設備等。

二、中試放大方法與內容
中試放大的方法有經驗放大法，相似放大法和數學模型放大法。經驗放大法主要憑借經驗通過逐級放大（實驗裝置，中間裝置，中型裝置和大型裝置）來摸索反應器的特徵。
中試放大程序可採用步步為營或一竿子到底策略。
中試放大的研究內容主要有：
（1）工藝路線與各步反應方法的最後確定
（2）設備材質與型號的選擇
（3）反應器的規模選擇及反應攪拌器型式與攪拌速度的考查。
（4）生產反應條件的研究
（5）工藝流程與操作方法的確定

（6）物料衡算
（7）安全生產與三廢防治措施研究
（8）原輔材料，中間體的物理性質和化工常數的測定
（9）原輔材料、中間體質量標準的制定。
（10）消耗定額，原料成本，操作工時與生產周期計算。

生產工藝規程的制訂

F. 微生物發酵過程為什麼要進行中試放大(從影響中試放大的因素考慮)

微生物發酵一般是從實驗室搖瓶發酵（無氧發酵是密閉瓶）開始的。主要作用是兩個，一是篩選出適宜、高產的菌種；二是找出合適的培養基配方和初步的發酵條件。方法一般是正交試驗。其初步結果經驗證後，需要進行中試放大。中間試驗的規模有大有小，小到10升罐，大到1噸罐。其目的是：一方面是對小試結果進行進一步驗證，進一步摸清發酵條件，另一方面是，由於小試與中試各方面條件有所變化，特別是對發酵條件的控制，如溫度、溶解氧（含通風量和攪拌參數）（無氧發酵無此參數）、pH值等主要參數的控制方式與小試不同，會造成發酵結果與小試差別很大，而且有可能在不同的發酵階段，採用不同的參數控制方式，這些都是在搖瓶小試時無法做到的。中間試驗是為將來的大生產做准備，為大規模生產提供准確的工藝參數和設計依據，因而中間試驗是不能省略的，如有必要，還需進行逐級放大、不同規模的中間試驗。

G. 中試放大的介紹

中試放大是在實驗室小規模生產工藝路線的打通後，採用該工藝在模擬工業化生產的條件下所進行的工藝研究，以驗證放大生產後原工藝的可行性，保證研發和生產時工藝的一致性。 中試放大的目的是驗證、復審和完善實驗室工藝所研究確定的反應條件，及研究選定的工業化生產設備結構、材質、安裝和車間布置等，為正式生產提供數據，以及物質量和消耗等。

H. 什麼是反應器放大效應

就是在基於原反應器工作原理的基礎之上，把通過它的物質配比提高到最大優化的程度，具很高的工作效率。

I. 反應工程專題：1.3反應器放大

實驗室小試技術實現工業化生產，普遍存在所謂的「放大效應」，也就是物理因素的負面影響引起的結構嚴重偏差。因此，反應器放大是實現新技術轉移和產業化不可逾越的關鍵步驟。

以模型裝置的某些參數為基準進行比例放大。如：按照流體流動的雷諾數相同的放大過程屬於相似放大。但大多數情況下，並不適用於反應器的放大，這是因為無法保證反應器內物理相似的同時滿足化學相似

以小試、中試、工業裝置不斷增大反應器體積進行試驗的方法模式。此外，為了研究流體流動特性，有時需要進行冷模試驗。

優點：設計參數安全可靠，放大成功率高

缺點：耗費大量資源，開發周期長

在認知化學反應過程的本質規律基礎上，先建立物理模型（抽提出主要影響因素，忽略次要因素），然後建立數學模型（將主要參數用等式聯系起來，得到聯立的方程組），以數學模型為基礎進行反應器的設計計算）

優點：節省資源，縮短開發周期，可以通過改變條件和參數設置對反應器進行調優

缺點：放大倍數很大時，可靠性降低。因此，在工程實踐中，常常採用經驗放大和模型放大結合的方式，即可節省資源，又可以保證可靠性。

1）從「三傳一反」四個方面關聯反應速率、濃度、溫度、時間等參數，得到一組聯立方程

    a）質量傳遞

    b）熱量傳遞

    c）動量傳遞

    d）反應過程

2）反應動力學方程是模型的核心，關聯的是反應速率與溫度和濃度的關系

3）物料衡算、熱量衡算、動量衡算的通式表示：[輸入量] - [輸出量] - [反應量或消耗量] = [累積量]

4）這里的反應量或消耗量要與反應動力學方程進行關聯

冷模試驗：在沒有 化學反應 的條件下，利用水、空氣、沙子等方便的 模擬 物系進行的 試驗